ფოტოსინთეზი: რა არის ეს, პროცესის რეზიუმე და ნაბიჯები

ფოტოსინთეზი არის ფოტოქიმიური პროცესი, რომელიც შედგება ენერგიის წარმოებაში მზის სხივების საშუალებით და ატმოსფეროდან ნახშირბადის ფიქსაციით.

მისი შეჯამება შესაძლებელია როგორც სინათლის ენერგიის ქიმიურ ენერგიად გარდაქმნის პროცესი. Ტერმინი ფოტოსინთეზი აქვს მნიშვნელობა სინათლის სინთეზი.

ფოტოსინთეზის პროცესი

ფოტოსინთეზის პროცესის წარმოდგენა

ფოტოსინთეზი არის პროცესი, რომელიც ხდება მცენარის უჯრედის შიგნით, CO– დან₂ (ნახშირორჟანგი) და H₂O (წყალი), როგორც გლუკოზის გამომუშავების საშუალება.

მცენარეები, წყალმცენარეები, ციანობაქტერიები და ზოგიერთი ბაქტერია ახორციელებს ფოტოსინთეზს და მათ ქლოროფილურ არსებებს უწოდებენ, რადგან მათ აქვთ პროცესისთვის აუცილებელი პიგმენტი, ქლოროფილი.

ფოტოსინთეზი ხდება ქლოროპლასტებში, ორგანელა, რომელიც მხოლოდ მცენარეთა უჯრედებშია და სადაც გვხვდება პიგმენტი ქლოროფილი, რომელიც პასუხისმგებელია მცენარეთა მწვანე შეფერილობაზე.

პიგმენტები შეიძლება განისაზღვროს, როგორც ნებისმიერი ტიპის ნივთიერება, რომელსაც შეუძლია შუქის შთანთქმა. ქლოროფილი არის ყველაზე მნიშვნელოვანი პიგმენტი მცენარეებში ფოტოსინთეზის დროს ფოტონის ენერგიის შეწოვისთვის. პროცესში მონაწილეობენ სხვა პიგმენტებიც, როგორიცაა კაროტინოიდები და ფიკობილინები.

აბსორბირებულ მზეს აქვს ორი ძირითადი ფუნქცია ფოტოსინთეზის პროცესში:

• გაზარდეთ ელექტრონების გადაცემა ნაერთებით, რომლებიც ელექტრონებს აბარებენ და იღებენ.
• წარმოქმნის პროტონის გრადიენტს, რომელიც აუცილებელია ATP (ადენოზინ ტრიფოსფატი - ენერგია) სინთეზისთვის.

ასევე წაიკითხეთ ამის შესახებ მცენარის ნაწილები.

ფოტოსინთეზის განტოლება

შეჯამება, ფოტოსინთეზის პროცესის გარკვევა შეგვიძლია შემდეგი რეაქციით:

ჰ₂O და CO₂ არის ნივთიერებები, რომლებიც საჭიროა ფოტოსინთეზის განსახორციელებლად. ქლოროფილის მოლეკულები შთანთქავენ მზის სხივებს და იშლიან H- ს₂O, გაათავისუფლეს O₂ და წყალბადის. წყალბადის უერთდება CO₂ და ქმნის გლუკოზას.

ამ პროცესის შედეგად ხდება ზოგადი ფოტოსინთეზის განტოლება, რომელიც წარმოადგენს ჟანგვა-შემცირების რეაქციას. ჰ₂O აჩუქებს ელექტრონებს, წყალბადის მსგავსად, CO– ს შესამცირებლად₂ ნახშირწყლების ფორმირება გლუკოზის სახით (C₆ჰ₁₂ო₆).

ამასთან, ფოტოსინთეზის პროცესი უფრო დაწვრილებითია და მიმდინარეობს ორ ეტაპად, რასაც ქვემოთ ვნახავთ.

ფოტოსინთეზის ნაბიჯები

ფოტოსინთეზი იყოფა ორ ეტაპად: სინათლის ფაზა და ბნელი ფაზა.

მსუბუქი ფაზა

წმინდა, ფოტოქიმიური ან შუქმფენი ეტაპი, როგორც სახელი განსაზღვრავს მას, არის რეაქციები, რომლებიც ხდება მხოლოდ სინათლის თანდასწრებით და ხდება ქლოროპლატის თილაკოიდების ლამელებში.

მზის შუქის შეწოვა და ელექტრონების გადატანა ხდება ფოტოსისტემების მეშვეობით, რომლებიც არის კომპლექტი ცილები, პიგმენტები და ელექტრონების გადამტანები, რომლებიც ქმნიან სტრუქტურას თილაკოიდულ მემბრანებში ქლოროპლასტი.

არსებობს ორი ტიპის ფოტოსისტემა, თითოეულში დაახლოებით 300 ქლოროფილის მოლეკულაა:

• ფოტოსისტემა I: შეიცავს P რეაქციის ცენტრს₇₀₀ და სასურველია შთანთქავს 700 ნმ ტალღის სიგრძის სინათლეს.
• ფოტოსისტემა II: შეიცავს P რეაქციის ცენტრს₆₈₀ და უკეთესად შთანთქავს ტალღის სიგრძეს 680 ნმ-ზე.

ორ ფოტოსისტემას ერთმანეთთან აკავშირებს ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვი და მოქმედებს დამოუკიდებლად, მაგრამ ერთმანეთთან.

ამ ფაზაში ორი მნიშვნელოვანი პროცესი ხდება: წყლის ფოტოფოსფორილაცია და ფოტოლიზირება.

ფოტოსისტემები პასუხისმგებელნი არიან სინათლის შეწოვაზე და ელექტრონების ტრანსპორტირებაზე ენერგიის წარმოებაზე

ფოტოფოსფორილაცია

ფოტოფოსფორილაცია ძირითადად არის P (ფოსფორის) დამატება ADP– ში (ადენოზინის დიფოსფატი), რის შედეგადაც წარმოიქმნება ATP.

ფოტოსისტემების ანტენის მოლეკულების მიერ სინათლის ფოტონის აღების მომენტში, მისი ენერგია გადადის რეაქციის ცენტრებში, სადაც გვხვდება ქლოროფილი. როდესაც ფოტონი ხვდება ქლოროფილს, ის ენერგიულდება და ათავისუფლებს ელექტრონებს, რომლებმაც გაიარეს სხვადასხვა მიმღები საშუალებები და წარმოიქმნა H- სთან ერთად₂O, ATP და NADPH.

ფოტოფოსფორილაცია შეიძლება იყოს ორი სახის:

• აციკლური ფოტოფოსფორილაცია: ელექტრონები, რომლებიც გამოიყოფა ქლოროფილით, არ ბრუნდებიან მასში, არამედ სხვა ფოტოსისტემაში. აწარმოებს ATP და NADPH.
• ციკლური ფოტოფოსფორილაცია: ელექტრონები უბრუნდებიან იმავე ქლოროფილს, რომლებმაც გაათავისუფლეს ისინი. ჩამოაყალიბეთ მხოლოდ ATP.

წყლის ფოტოლიზი

წყლის ფოტოლიზი შედგება მზის ენერგიის მიერ წყლის მოლეკულის დაშლისგან. პროცესში გამოყოფილი ელექტრონები გამოიყენება II ფოტოსისტემაში ქლოროფილით დაკარგული ელექტრონების შესაცვლელად და ჩვენს მიერ ჩასუნთქული ჟანგბადის შესაქმნელად.

ფოტოლიზის ან ჰილის რეაქციის ზოგადი განტოლება აღწერილია შემდეგნაირად:

ამრიგად, წყლის მოლეკულა საბოლოო ელექტრონული დონორია. წარმოქმნილი ATP და NADPH გამოყენებული იქნება ნახშირწყლების CO სინთეზისთვის₂. ამასთან, ეს მოხდება შემდეგ ეტაპზე, ბნელ ფაზაში.

ბნელი ფაზა

ბნელი ფაზა, პენტოზის ციკლი ან კალვინის ციკლი შეიძლება მოხდეს სინათლის არარსებობისა და არსებობის დროს და ხდება ქლოროპლასტური სტრომაში. ამ ფაზის განმავლობაში წარმოიქმნება გლუკოზა CO– სგან₂. ამრიგად, სინათლის ფაზა უზრუნველყოფს ენერგიას, ბნელ ფაზაში ხდება ნახშირბადის ფიქსაცია.

კალვინის ციკლის სქემა

შეამოწმეთ კალვინის ციკლის შეჯამება:

1. ნახშირბადის ფიქსაცია

• ციკლის თითოეულ შემობრუნებაზე, CO მოლეკულა₂ ემატება. ამასთან, ექვსი სრული მონაცვლეობაა საჭირო გლიცერალდეჰიდის 3-ფოსფატის ორი მოლეკულისა და გლუკოზის ერთი მოლეკულის წარმოებისთვის.
• რიბულოზას დიფოსფატის ექვსი მოლეკულა (RuDP), ხუთი ნახშირბადით, უკავშირდება CO– ს ექვს მოლეკულას₂, აწარმოებს 12 მოლეკულა ფოსფოგლიცერინის მჟავას (PGA), სამი ნახშირბადით.

2. ორგანული ნაერთების წარმოება

• ფოსფოგლიცერინის მჟავის 12 მოლეკულა (PGAL) შემცირებულია ფოსფოგლიცერილის ალდეჰიდის 12 მოლეკულად.

3. დიფოსფატური რიბულოზის რეგენერაცია

• ფოსფოგლიცერიული ალდეჰიდის 12 მოლეკულადან 10 ერთმანეთთან აერთიანებს და ქმნის RuDP– ის 6 მოლეკულას.
• ორი დარჩენილი ფოსფოგლიცერი ალდეჰიდის მოლეკულა ემსახურება სახამებლისა და სხვა უჯრედული კომპონენტების სინთეზს.

ფოტოსინთეზის ბოლოს წარმოქმნილი გლუკოზა იშლება და გამოყოფილი ენერგია საშუალებას აძლევს უჯრედების მეტაბოლიზმს. გლუკოზის დაშლის პროცესი არის უჯრედული სუნთქვა.

ფოტოსინთეზის მნიშვნელობა

ფოტოსინთეზი არის ბიოსფეროში ენერგიის გარდაქმნის ძირითადი პროცესი. იგი მხარს უჭერს კვების ჯაჭვის ფუძეს, რომელშიც მწვანე მცენარეების მიერ მოწოდებული ორგანული ნივთიერებების კვება წარმოქმნის საკვებს ჰეტეროტროფული არსებებისთვის.

ამრიგად, ფოტოსინთეზს აქვს თავისი მნიშვნელობა სამ მთავარ ფაქტორზე დაყრდნობით:

• ხელს უწყობს CO- ს აღებას₂ ატმოსფერული;
• ახორციელებს O– ს განახლებას₂ ატმოსფერული;
• ეს განაპირობებს მატერიისა და ენერგიის დინებას ეკოსისტემებში.

ფოტოსინთეზი და ქიმიოსინთეზი

ფოტოსინთეზისგან განსხვავებით, რომელიც მოითხოვს სინათლის გაჩენას, ქიმიოსინთეზი ხდება სინათლის არარსებობის დროს. იგი შედგება ორგანული ნივთიერებების წარმოებაში მინერალური ნივთიერებებისგან.

ეს, ძირითადად, ორეტაპიანი პროცესია, რომელსაც მხოლოდ ავტოტროფული ბაქტერიები ახორციელებენ ენერგიის მისაღებად. პირველ ეტაპზე არაორგანული ნივთიერებები იჟანგება და, მეორე ეტაპზე, ნახშირორჟანგი განიცდის შემცირებას, რაც იწვევს ორგანული ნაერთების წარმოებას.

1 ეტაპი: არაორგანული ნაერთი + O₂ → დაჟანგული არაორგანული ნაერთები + ქიმიური ენერგია
მე -2 ეტაპი: CO₂ + თ₂O + ქიმიური ენერგია → ორგანული ნაერთები + O₂

შეიტყვეთ მეტი, წაიკითხეთ აგრეთვე:

• ნახშირბადის ციკლი
• ჟანგბადის ციკლი
• ბოტანიკა: მცენარეების შესწავლა